7B52叠层装甲铝合金是一种新型的具有优良抗弹性的叠层材料,相较于其它焊接方法,搅拌摩擦焊具有显著优势。本课题对16 mm厚7B52叠层装甲铝合金板材进行了搅拌摩擦焊接研究。通过分析焊缝表面温度特征和金属流动,采用在焊缝表面植入金属粉末的方法来提高焊接接头的力学性能,并对焊接接头的组织和力学性能进行研究。首先对16 mm厚的7B52叠层铝合金搅拌摩擦焊接进行工艺研究。设计正交试验,并结合热输入与焊接接头抗拉强度和冲击韧性的关系,确定了焊接工艺窗口。最优的焊接参数为:使用搅拌针表面带右旋螺纹和三平面的搅拌头,逆时针旋转,焊速50 mm/min,转速300 r/min。该参数下焊接接头抗拉强度为383 MPa,冲击韧性为13.8 J/cm²,焊接接头各片层硬度达到母材的85%。焊接接头各片层拉伸试验发现第一片层的抗拉强度最低,为353.6 MPa。然后对焊接过程的金属流动进行研究,发现焊核区出现两个“洋葱环”形貌,分析认为这是厚板焊接时搅拌针表面的三平面使厚度方向出现了两个金属流动循环产生的。焊核区后退侧叠层结构相对完整,前进侧出现紊流区。通过分析板厚方向、水平方向和焊接方向三个方向的金属流动,建立了焊接稳定阶段的金属流动模型。为了提高焊接接头第一片层的抗拉强度,结合测温结果及焊缝金属流动分析,对植粉元素与基体的结合机理进行研究,确定利用钛对铝合金的细晶强化和铜在铝中的固溶强化进行实验。试验结果表明,植粉孔尺寸为孔深1 mm、孔径3 mm、相邻两孔中心距6 mm时,焊缝成形最好。铜元素在搅拌摩擦焊的热-力耦合作用下与基材结合良好,主要分布在焊缝近表层,形成了5.4μm厚的过渡层,界面上生成硬质相Al₂Cu。最后对植粉焊接接头的力学性能进行深入研究。试验发现,粒径10μm铜粉对焊接接头力学性能的提高有一定效果,其抗拉强度为396 MPa,冲击韧性为14.1 J/cm²,焊核植粉区的显微硬度达到母材的90%。随着植粉粒径增加,焊接接头的力学性能有所下降。然后对焊接接头的断裂机理进行研究,发现搅拌摩擦焊破坏了原始的叠层结构,在原始中间层IL处形成多个软硬结合界面,成为裂纹萌发地。但在冲击试验中,软硬结合界面提高了焊接接头的冲击韧性,在冲击断口形成“晶状区-纤维区-晶状区”形貌。